Любопытные свойства магнитного железняка людям были давно известны, но лишь в XIII веке в Европе они нашли свое применение в практичном приборе для мореходов. Традиционно считается, что компас был изобретен в итальянском порту Амальфи и поначалу представлял собой всего-навсего соломинку или щепку с намагниченной железной иглой, колыхавшейся на поверхности в глубокой чаше. К концу XV столетия он преобразился в более точный инструмент, в котором игла была укреплена на вращающейся картушке, размеченной сторонами света. Лот, то есть свинцовое грузило, вероятно, ввели в обиход северные моряки. Прозрачные воды, отличная видимость и относительно ровное дно Средиземного моря позволяли легко просматривать глубины. Однако вдоль атлантического побережья вода была мутной, и соответственно преобладала плохая видимость глубин на протяжении многих месяцев в году. Требовалось какое-то не визуальное устройство. Этим приспособлением стал лот — кусок металла, вес которого колебался от 7 до 14 фунтов{1}, в зависимости от того, использовался он на мелководье или в глубоком море. Линь — веревка, к которой его привязывали, — был размечен узлами на фатомы{2}, а полая внутренность грузила заполнялась свечным салом, к которому прилипали при касании образцы донных пород. Раскачивать лот на мелководье, в бурных водах, — занятие, требовавшее изрядной ловкости и умения (см. рис. 3).
Матрос, стоя как можно ближе к носу корабля, брал большую свернутую веревку (линь) и закидывал лот вперед по курсу, после чего давал веревке свободно раскручиваться. К тому времени, как корабль доходил до места погружения свинца, веревка вытягивалась перпендикулярно, и матрос мог выкрикнуть глубину воды, определяемую последним узлом, оставшимся над поверхностью. Втянутый назад лот после осмотра прилипших к салу частичек позволял оценить характер донного грунта. Лот служил корабельщику глазами и в привычных водах, подтверждая его знания о местах, над которыми проплывал корабль. Он узнавал, что в данной точке глубина такая-то, а дно покрыто тонким песком, галькой или илом, как и должно быть. А в неизвестных водах лот мог даже спасти корабль, предупреждая о нежданных мелях.
Компаса и лота было достаточно для плавания в знакомых или прибрежных водах. Однако по мере того как морские путешествия становились все более и более авантюрными, а ориентиры на берегу исчезали за горизонтом, возникла потребность в настоящей навигации. Еще ни один мореход не рискнул направить свой корабль на запад, но уже во время плаваний вокруг Африки стало очевидно, что путь можно было бы сократить, если плыть, прямо пересекая широкие заливы, а не покорно следуя за береговой линией. Но тогда пришлось бы несколько дней не видеть суши и не иметь возможности точно определить местоположение корабля, что являлось жизненно необходимым. Для осуществления подобного перехода требовались две вещи: знать расстояние от последней пристани и время с момента отплытия. Первое настоящее измерение расстояния было осуществлено лишь в самом конце XVI века, то есть спустя почти сто лет после того, как Колумб пересек Атлантику. Он и его предшественники научились определять скорость по времени, которое требовалось, чтобы миновать плавающие деревяшки либо какие-то приметные сухопутные объекты. Учитывая, что к тому времени все широко пользовались веревкой с узлами, странно, насколько долго потребовалось ждать, пока не начали применять практически аналогичную этому устройству размеченную планку. Первоначально просто бросали в море какой-то попавший под руку кусок дерева, лаг, и определяли скорость корабля по времени, за которое корабль проплывал мимо него. Здравый смысл подсказал, что стоит привязать к нему веревку, чтобы потом вытащить назад, а еще позже к деревяшке стали прикреплять бортик, чтобы увеличить сопротивление воды. Когда лаг был таким образом усовершенствован, скорость пробегания «узлов» начали отмечать по песочными часам. Проводя такие измерения регулярно, корабельщик мог довольно точно оценить свою среднюю скорость. Эта простая навигация основывалась на допущении, что корабль движется по прямой. На самом деле подобная ситуация встречается редко: бывает, что корабль сдувает с курса или корабельщик намеренно изменяет его, чтобы поймать благоприятный ветер. Может быть множество изменений курса, так что в результате провести точные расчеты не удается. Простым способом, но весьма эффективно определить изменение курса позволяла так называемая доска галсов, деревянная доска, размеченная на 32 градуса, по одному на каждую точку компаса, вдоль которой было просверлено восемь дырочек. Каждые полчаса вахты, определяемые по песочным часам, рулевой вставлял колышек в одну из дырочек, отмечая курс, которым следовал. В конце четырехчасовой вахты каждое изменение становилось совершенно очевидным и могло быть перенесено в записи.
В 1490 году мир был все еще ограничен областями, известными Птолемею более 1200 лет тому назад. К 1521 году земной шар обогнули, и корабли проплыли по всем океанам. Эти тридцать лет вместили в себя множество великих исследовательских плаваний, проделанных мореходами, пользовавшимися самыми примитивными инструментами. Научные открытия того времени почти не оказали влияния на мореплавание, хотя имели огромную ценность и несли немедленную выгоду. Моряки вообще принадлежат к самому консервативному роду людей; лучшим доказательством тому служит сохранившееся до наших дней использование терминов «узел» и «лаг» применительно к навигации современных кораблей, буквально напичканных электроникой. Морякам эпохи Раннего Возрождения еще очень мешала неграмотность. Многие помнили наизусть таблицы мореходных направлений и владели собственным знанием движения небесных тел, но редко кто обладал математическими способностями, необходимыми для того, чтобы воспользоваться новыми открытиями в астрономии. Тем не менее даже до великих кругосветных путешествий появилась жгучая потребность в более точной навигации. Деньги на путешествия давались не из любви к неизведанному, а ради наживы. Моряк, совершивший открытие, но не имевший возможности возместить затраты на дорогу в некую богатую страну, вряд ли мог рассчитывать на симпатии тех, кто его финансировал. Было относительно просто проплыть вдоль африканского побережья, но необходимо было как-то «застолбить» открытые земли, так чтобы позже можно было разбогатеть.
Фиксированная реперная точка была найдена в самой долговечной части Вселенной — в звездах. Ради практических целей их можно было рассматривать как неподвижные тела, а значит, по мере того, как наблюдатель двигался от одной из них, угол его нахождения от нее менялся в постоянном отношении. Холодный яркий блеск Полярной звезды естественным образом сделал ее избранницей. Корабельщики давно подметили, что ее угол и возвышение над горизонтом уменьшаются по мере продвижения на юг примерно на один градус каждые 16 миль плавания. Квадрант и астролябия, давние приборы астрономов, позволили мореходам определять полярное склонение в каждой заданной точке. Квадрант представлял собой просто четвертушку круга, окружность которого была размечена от 1 до 90 градусов, с двумя сквозными дырочками по прямому краю и нитью, отвесно нисходящей от его вершины (см. рис. 4). Сквозь дырочки смотрели на звезду, а склонение определяли по точке, в которой отвесная линия пересекала градусную разметку. Пользоваться этим инструментом было непросто, потому что корабль раскачивался на волнах и отвесная нить колыхалась.
Астролябия дала возможность преодолеть эту трудность. Астрономический вариант этого прибора являлся устройством красивым и сложным, с его помощью отмечали движение планет. Астролябия моряков была просто металлическим кольцом — кстати, ее часто называли «моряцкое кольцо», — размеченным на градусы, с металлической же подвижной планкой, проходящей через центр круга (см. рис. 5).
Ее не держали в руках, а подвешивали на шнуре, так что легко было увидеть звезду и соответственно передвинуть планку, а затем прочесть угол, отмеченный ее пересечением с градуировкой. Усовершенствование астролябии привело к созданию крестообразного градштока, или алидады, состоявшего из размеченного на градусы бруска квадратного сечения три фута длиной и передвижного креста. Его двигали, пока он не заполнял целиком зрительное пространство между горизонтом и наблюдаемым небесным телом. Прибор этот был очень точным, и притом его мог изготовить любой корабельный плотник, но из всех навигационных приборов он был самым трудным в применении. Нужно было крепко держать длинную часть бруска, чтобы она не колебалась, в то время как горизонт уходил то вверх, то вниз. Если наблюдатель моргал, он мог упустить точный момент считывания градуса и должен был начинать определение заново. Позднее появился обратный градшток, или квадрант Дэвиса, воплотивший в себе принципы обоих этих приборов, но более легкий в управлении. Наблюдатель, стоя спиной к солнцу, следил, чтобы его тень падала на градуированную шкалу, и по ней определял нужную величину.
